JP5369127B2 - Battery system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電池セルを備えた電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system including a plurality of battery cells.
電池システムは、自然エネルギを利用して発電した電力の蓄電、スマートグリッドの電源、施設のバックアップ電源として利用され、複数の電池システムを組み合わせることによって、メガワット級の電源も構築することができる。電池システムには、複数の電池セルと、この複数の電池セル毎の電圧を検出するための検出回路などの回路基板（電子部品）とが備えられている。電池セルは、充電・放電の際に発熱し、温度が上昇する。電池セルの温度上昇は、充電・放電の特性を低下させるので、温度上昇を抑制するために、放熱構造が提案されている（特許文献１と２等参照）。また、検出回路基板（電子部品）の電池セルの温度上昇による弊害を防止するための放熱構造が、提案されている（特許文献３等参照）。
The battery system is used as a storage of electric power generated using natural energy, a power source of a smart grid, and a backup power source of a facility, and a megawatt-class power source can be constructed by combining a plurality of battery systems. The battery system includes a plurality of battery cells and a circuit board (electronic component) such as a detection circuit for detecting a voltage for each of the plurality of battery cells. The battery cell generates heat during charging and discharging, and the temperature rises. Since the rise in the temperature of the battery cell degrades the charge / discharge characteristics, a heat dissipation structure has been proposed in order to suppress the rise in temperature (see
従来の電池システムでは、回路基板（電子部品）が発熱し、温度が上昇することで、回路基板（電子部品）自体に弊害を及ぼしたり、電池セルの温度を上昇させ充電・放電の特性を低下させたりする場合があると考えられた。特に、回路基板（電子部品）の発熱では、特定の電子部品が主に発熱するため、回路基板（電子部品）内が局所的に発熱し、複数の電池セルの内の一部（局所）の電池セルの温度が上昇することになる。これにより、複数の電池セルの内の一部（局所）の電池セルの充電・放電の特性が低下し、複数の電池セルの充電・放電の特性がばらつきやすくなると考えられた。 In a conventional battery system, the circuit board (electronic component) generates heat and the temperature rises, which adversely affects the circuit board (electronic component) itself, or raises the temperature of the battery cell and deteriorates the charge / discharge characteristics. It was thought that there was a case to let you. In particular, in the heat generation of a circuit board (electronic component), a specific electronic component mainly generates heat, so the circuit board (electronic component) generates heat locally, and some (local) of a plurality of battery cells The temperature of the battery cell will rise. As a result, it was considered that the charge / discharge characteristics of some (local) battery cells of the plurality of battery cells deteriorate, and the charge / discharge characteristics of the plurality of battery cells tend to vary.
そこで、本発明の目的は、温度管理を適切に行える電池システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery system capable of appropriately managing temperature.
前記目的を達成するために、本発明は、
複数の電池セルを備えた電池セル群と、前記電池セル毎の電圧を検出するための電圧検出回路を有する検出回路基板と、定格以上の大電流から前記電池セル群を保護するための保護回路を有する保護回路基板と、を筐体に収納する電池システムであって、
前記筐体が、隔離壁によって、セル群収納室と基板収納室に分けられ、
前記基板収納室は、前記セル群収納室の上方から後方へ配置され、
前記セル群収納室に、前記電池セル群が配置され、
前記基板収納室に、前記検出回路基板及び前記保護回路基板が配置され、
前記電池セル群に対して、前記検出回路基板は上方に、前記保護回路基板は後方に配置され、
前記セル群収納室には、前記電池セル群で発生した熱を前記セル群収納室の外に放熱するセル室放熱部が設けられ、
前記基板収納室には、前記検出回路基板及び前記保護回路基板で発生した熱を前記基板収納室の外に放熱する基板室放熱部が設けられ、
前記基板室放熱部は、
前記筐体に設けられた開口を有し、
前記開口を介して、前記基板収納室内の空気と外気とを入れ換えることで、前記検出回路基板及び保護回路基板で発生した熱を、前記空気を介して前記基板収納室の外に放熱し、
前記開口は、第１開口と第２開口と第３開口とを有し、
前記第１開口と、前記検出回路基板と、前記第２開口とは、略水平な略一直線上に配置され、
前記第３開口は、前記保護回路基板と略同じか低い高さに配置されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A battery cell group including a plurality of battery cells, a detection circuit board having a voltage detection circuit for detecting a voltage for each battery cell, and a protection circuit for protecting the battery cell group from a large current exceeding a rating A battery system that houses a protective circuit board in a housing,
The housing is divided into a cell group storage chamber and a substrate storage chamber by an isolation wall,
The substrate storage chamber is disposed rearward from above the cell group storage chamber,
The battery cell group is disposed in the cell group storage chamber,
The detection circuit board and the protection circuit board are arranged in the board storage chamber,
With respect to the battery cell group, the detection circuit board is disposed above, and the protection circuit board is disposed behind,
The cell group storage chamber is provided with a cell chamber heat radiating portion that radiates heat generated in the battery cell group to the outside of the cell group storage chamber.
The substrate storage chamber is provided with a substrate chamber heat radiating portion that radiates heat generated in the detection circuit substrate and the protection circuit substrate to the outside of the substrate storage chamber ,
The substrate chamber heat dissipation part is
Having an opening provided in the housing;
The heat generated in the detection circuit board and the protection circuit board is radiated to the outside of the substrate storage chamber through the air by exchanging the air and the outside air in the substrate storage chamber through the opening.
The opening has a first opening, a second opening, and a third opening;
The first opening, the detection circuit board, and the second opening are arranged on a substantially horizontal straight line,
The third opening is arranged at a height substantially the same as or lower than the protective circuit board .
本発明によれば、温度管理を適切に行える電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery system which can perform temperature management appropriately can be provided.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略している。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００の斜視図を示す。図１（ａ）に、電池システム１００を、前方斜め上方から見た斜視図を示し、図１（ｂ）に、電池システム１００を、後方斜め上方から見た斜視図を示す。電池システム１００の上面部と側壁上部には、筐体の一部をなす筐体上部１０が設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a
電池システム１００の前面には、筐体の一部をなす筐体前面部８が設けられている。筐体前面部８（電池システム１００）は、正面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしている。筐体前面部８の上部には、インジケータ１５と、デバッグ用コネクタ１６と、通気用の開口（第１開口、基板室放熱部）１９ａ（１９）とが設けられている。インジケータ１５には、電池システム１００の状態、例えば、運転中とか、スリープ状態とか、異常発生状態とかの状態を、表示することができる。筐体前面部８の上下には、固定用のネジ孔の設けられたストッパ２４が設けられている。デバッグ用コネクタ１６は外部情報処理装置との結合部であり、後述する電圧検出基板７に実装されたマイクロコントローラのソフトウエア（プログラムなど）の書き換えや書き込みが必要な時、マイクロコントローラ或いはメモリに記憶された記憶情報（電池の特性情報、使用履歴情報など）の読み出しが必要な時などに外部情報処理装置が結合される。外部情報処理装置による書き換え処理、書き込み処理及び読み出し処理は、電池システム１００の初期設置時や、サービスマンによる電池システム１００のメンテナンス時に行われる。
On the front surface of the
電池システム１００の後面には、筐体の一部をなす筐体後面部９が設けられている。筐体後面部９は、後面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしている。筐体後面部９の上部には、信号が送受信される通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３と、通気用の開口（第２開口、基板室放熱部）１９ｂ（１９）とが設けられている。筐体後面部９の中部には、充電・放電の電流が流れる電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２が設けられている。筐体後面部９の下部には、通気用の開口（第３開口、基板室放熱部）１９ｃ、１９ｄ（１９）が設けられている。開口（第３開口、基板室放熱部）１９ｄ（１９）は、後方に向かって開口している。開口（第３開口、基板室放熱部）１９ｃ（１９）は、側方に向かって開口している。
On the rear surface of the
電池システム１００の前方から見て筐体前面部８の右側には、筐体の一部をなす筐体側面下部６が設けられ、左側（電池システム１００の後方から見て筐体後面部９の右側）には、筐体の一部をなす筐体側面下部５ｃが設けられている。電池システム１００の底面には、筐体の一部をなす筐体底面部５ｅが設けられている。電池システム１００の筐体は、筐体上部１０と、筐体前面部８と、筐体後面部９と、筐体側面下部６、５ｃと、筐体底面部５ｅと有し、外界からの衝撃等から電池システム１００の内部を保護している。
On the right side of the
図２（ａ）に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００の側面図を示す。側面視で、筐体後面部９の幅は、筐体前面部８の幅より大きくなっている。
FIG. 2A shows a side view of the
図２（ｂ）に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００の後面図を示す。筐体後面部９（電池システム１００）は、前記のとおり後面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしており、筐体後面部９（電池システム１００）の上部の幅Ｗ２は、筐体後面部９（電池システム１００）の中部と下部の幅Ｗ１より広くなっている。
FIG. 2B shows a rear view of the
図３に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００の分解斜視図を示す。電池システム１００は、金属容器５と、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６とを有している。金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６は、前記した筐体の一部をなす筐体側面下部６を兼ねている。金属容器５と、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６とは、いわゆる、容器とその蓋の関係にあり、金属容器５を、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６で閉じることにより、孔５ｆを除くと、内部空間（セル群収納室１７（図４参照））を密閉状態にすることができる。その内部空間（セル群収納室１７（図４参照））に、複数の電池セル１（図４参照）を有する電池セル群１Ａと、緩衝部材（セル室放熱部）３、４が収められる。電池セル群１Ａの周囲は、まず、緩衝部材（セル室放熱部）３、４で覆われ、その外側を、金属容器５と金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６で覆われることになる。緩衝部材（セル室放熱部）３、４は、電池システム１００の外部からの衝撃などを緩衝する役割と、電池セル１の膨張を吸収する役割と、伝熱をよくする役割を備えている。
FIG. 3 shows an exploded perspective view of the
金属容器５は、右側側面が開いている。この右側側面に、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６が配置される。このため、金属容器５は、容器上面部をなす上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、容器後面部をなす前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、左側の容器側面部をなす筐体側面下部（容器側面部）５ｃと、容器前面部５ｄと、容器底面部をなす筐体底面部（容器底面部）５ｅとを有している。前後間隔離壁（容器後面部）５ｂに、孔５ｆが設けられている。
The
上下間隔離壁（容器上面部）５ａの上には、絶縁シート１４が配置されている。上下間隔離壁（容器上面部）５ａの上方には、絶縁シート１４を介して、検出回路基板７が配置されている。筐体上部１０は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａに固定され、検出回路基板７の両側方と上方を覆う。検出回路基板７は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、筐体上部１０とで囲まれた内部空間（基板収納室１８（図４参照：なお、図４は、デフォルメしてあり、基板収納室１８が実際より誇張されている））内に配置されることになる。この内部空間（基板収納室１８（図４参照））の前方は、筐体前面部８によって閉じられ、後方は、筐体後面部９によって閉じられている。
An insulating
筐体前面部８は、容器前面部５ｄを覆っている。筐体後面部９は、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂを覆っている。保護回路基板１１と、電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３は、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、筐体後面部９とで囲まれた内部空間（基板収納室１８（図４参照））内に配置されることになる。この内部空間（基板収納室１８（図４参照））は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、筐体前面部８と、筐体後面部９と、筐体上部１０とによって区画され、この内部空間（基板収納室１８（図４参照））には、検出回路基板７と、保護回路基板１１と、電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３が設けられている。
The housing
図４に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００の回路図を示す。なお、図４は、デフォルメしてあり、基板収納室１８が実際より誇張されている。電池システム１００は、電池セル群１Ａを有している。電池セル群１Ａは、複数（図４では６個）の電池セル１を備えている。図４では、電池セル１は直列接続されているが、これに限らず、並列接続でも、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。複数の電池セル１が接続された電池セル群１Ａの負（−）極は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２の一方に接続されている。複数の電池セル１が接続された電池セル群１Ａの正（＋）極は、定格以上の大電流から電池セル群１Ａを保護するための保護回路（ヒューズ）２２の一方の端子に接続されている。保護回路（ヒューズ）２２の他方の端子は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２の他方に接続されている。保護回路（ヒューズ）２２は、定格以上の大電流が流れると、発熱して、昇温し、所定温度以上に昇温すると溶断し電流を遮断する。このため、保護回路（ヒューズ）２２は、通常使用時の定格未満の電流でも、溶断しない温度未満ではあるが昇温している。保護回路（ヒューズ）２２がこのような温度範囲で昇温すると、従来であれば、複数の電池セル１の内の一部（局所）の電池セル１の充電・放電の特性が低下（変化）し、複数の電池セル１の充電・放電の特性がばらつきやすくなると考えられたが、第１の実施形態によれば、詳細は後記するが、保護回路（ヒューズ）２２を有する保護回路基板１１を冷却することができるので、保護回路（ヒューズ）２２が発熱しても、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。
FIG. 4 shows a circuit diagram of the
電池セル群１Ａの負（−）極と正（＋）極は、検出回路基板７に設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）に接続している。ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）は、検出回路基板７に設けられている電圧検出回路２１に接続されている。電圧検出回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）を介して、電池セル群１Ａから電力が供給されている。電圧検出回路２１には、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３が接続されている。電圧検出回路２１は、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３を介して、外部配線基板（外部装置）２３に接続し、外部配線基板（外部装置）２３と通信することができる。
The negative (−) pole and the positive (+) pole of the
電池セル群１Ａの電池セル１毎の負（−）極と正（＋）極は、電圧検出回路２１に接続されている。電池セル１毎の負（−）極と正（＋）極の間には、バランシング抵抗２５と、スイッチ２６とが直列に接続されている。スイッチ２６のオン・オフは、電圧検出回路２１によって行われる。電圧検出回路２１は、電池セル１毎に電圧を測定する。電圧検出回路２１は、測定結果に基づいて、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の電圧のばらつき（偏差）を算出する。電圧検出回路２１は、ばらつき（偏差）が所定値を超えている場合は、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の中から、電圧の大きい順に少なくとも１つ抽出する。電圧検出回路２１は、抽出された電池セル１の負（−）極と正（＋）極の間に接続されたスイッチ２６をオンにし、バランシング抵抗２５に抽出された電池セル１から電流を流し、バランシング抵抗２５で電力を消費させる。電圧検出回路２１は、抽出された電池セル１の電圧が、抽出されていない電池セル１の１つの電圧に等しくなるまで、電流を流す。これにより、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の電圧のばらつき（偏差）を小さくでき、充電・放電の特性を向上させることができる。バランシング抵抗２５で電力を消費させる際には、バランシング抵抗２５が発熱し、温度が上昇する。バランシング抵抗２５の発熱によって、検出回路基板７内が局所的に昇温すると、従来であれば、複数の電池セル１の内の一部（局所）の電池セル１の温度が上昇し、充電・放電の特性が低下（変化）し、複数の電池セル１の充電・放電の特性がばらつきやすくなると考えられたが、第１の実施形態によれば、詳細は後記するが、検出回路基板７を冷却することができるので、バランシング抵抗２５が発熱しても、バランシング抵抗２５の昇温、すなわち、検出回路基板７内の局所的な昇温を、抑制することができる。
The negative (−) pole and the positive (+) pole for each
図４に示すように、電池システム１００は、筐体前面部８、筐体後面部９、筐体上部１０、筐体底面部５ｅ等で構成される筐体（８、９、１０、５ｅ等）を有している。この筐体（８、９、１０、５ｅ等）は、電池セル群１Ａと、検出回路基板７と、保護回路基板１１とを、収納している。この筐体（８、９、１０、５ｅ等）内の内部空間は、上下間隔離壁５ａと、前後間隔離壁５ｂと、容器前面部５ｄとによって、セル群収納室１７と基板収納室１８とに分けられている。電池セル群１Ａと検出回路基板７の間には、上下間隔離壁５ａが設けられているので、電池セル群１Ａと検出回路基板７の相互間の対流や輻射等による伝熱が抑制され、相互の熱の行き来を抑制することができる。電池セル群１Ａと保護回路基板１１の間には、前後間隔離壁５ｂが設けられているので、電池セル群１Ａと保護回路基板１１の相互間の対流や輻射等による伝熱が抑制され、相互の熱の行き来を抑制することができる。セル群収納室１７と基板収納室１８とは、前後間隔離壁５ｂに開口された孔５ｆを介して、連通している。
As shown in FIG. 4, the
セル群収納室１７に、電池セル群１Ａが配置されている。基板収納室１８に、検出回路基板７と保護回路基板１１と電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２が、配置されている。このため、電池セル群１Ａと検出回路基板７の間の配線と、電池セル群１Ａと保護回路基板１１の間の配線と、電池セル群１Ａと電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２の間の配線とは、孔５ｆを通るように引き回されている。
A
セル群収納室１７は、金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等（図３の金属容器蓋部６も含む））によって仕切られている。電池セル群１Ａが、一体構造の金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等）内に配置されていることで、強力な外力からも確実に電池セル群１Ａを保護することができる。セル群収納室１７には、電池セル群１Ａで発生した熱を、セル群収納室１７の外に放熱するセル室放熱部２、３が設けられている。
The cell
セル室放熱部２、３は、複数の電池セル１の間に挟まれた伝熱板２と、伝熱板２と筐体（８、９、１０、５ｅ等）の一部（筐体底面部５ｅ）とを、熱的に接続する緩衝部材３（４、図３の緩衝部材４も含む）とを有している。電池セル群１Ａで発生した熱は、伝熱板２と緩衝部材３（４）とを介し、筐体５ｅ等へ伝熱され、筐体５ｅからセル群収納室１７の外に放熱される。これにより、電池セル群１Ａの発熱による昇温を抑制することができる。なお、金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等（図３の金属容器蓋部６も含む））は、アルミニウムやアルミニウム合金や鉄などの部材により形成されることが、伝熱・放熱性の観点から望ましいが、これに限らず、合成樹脂を成型して形成してもよい。
The cell chamber
基板収納室１８には、検出回路基板７と保護回路基板１１とが、配置されており、基板収納室１８には、検出回路基板７と保護回路基板１１で発生した熱を、基板収納室１８の外に放熱する基板室放熱部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）が設けられている。
The
基板室放熱部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、筐体（８、９、１０、５ｅ等）の一部（筐体前面部８、筐体後面部９）に設けられた開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）を有している。開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）を介して、基板収納室１８内の空気と外気とを入れ換えることで、検出回路基板７と保護回路基板１１で発生した熱を、空気を介して基板収納室１８の外に放熱することができる。
The substrate chamber heat dissipating part 19 (19a, 19b, 19c, 19d) is provided with openings (
電池セル群１Ａは、電池システム１００の下部に配置されている。これに伴い、セル群収納室１７も、電池システム１００の下部に配置されている。検出回路基板７は、電池システム１００の上部に配置され、保護回路基板１１は、電池システム１００の後部に配置されている。これに伴い、基板収納室１８は、電池システム１００の上部から後部にかけて鉤状に（アルファベットの大文字Ｌを横にした鏡像状に）配置されている。基板収納室１８は、上下間隔離壁５ａを介してセル群収納室１７の上方に配置され、前後間隔離壁５ｂを介してセル群収納室１７の側方に配置されている。電池セル群１Ａに対して、検出回路基板７は上下間隔離壁５ａを介して上方に、保護回路基板１１は前後間隔離壁５ｂを介して後方に配置されている。検出回路基板７は、電池セル群１Ａの上方に配置されているので、電池セル群１Ａで液漏れが発生しても検出回路基板７にかかることはない。
The
開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、第１開口（基板室放熱部）１９ａ（１９）と、第２開口（基板室放熱部）１９ｂ（１９）と、第３開口（基板室放熱部）１９ｃ、１９ｄ（１９）とを有している。 The opening (substrate chamber heat dissipation portion) 19 (19a, 19b, 19c, 19d) includes a first opening (substrate chamber heat dissipation portion) 19a (19), a second opening (substrate chamber heat dissipation portion) 19b (19), 3 openings (substrate chamber heat radiation portions) 19c and 19d (19).
第１開口１９ａは、筐体前面部８の上部に形成されている。第１開口１９ａは、基板収納室１８の前方に設けられている。第１開口１９ａは、電池システム１００の前方に向かって開口している。
The
第２開口１９ｂは、筐体後面部９の上部に形成されている。第２開口１９ｂは、基板収納室１８の後方の上部に設けられている。第２開口１９ｂは、電池システム１００の後方に向かって開口している。
The
第１開口１９ａと、検出回路基板７と、第２開口１９ｂとは、略同じ高さに配置され、略水平な略一直線上に配置されている。外気（空気）が、第１開口１９ａから入って、第２開口１９ｂから出る場合に、第１開口１９ａから第２開口１９ｂへの空気の流れる道（風路）２７ａ上に、検出回路基板７が配置されている。空気が入れ替わりながら、検出回路基板７から熱を奪うことで、検出回路基板７の昇温を抑制することができる。なお、電池システム１００の後方に、外部配線基板（外部装置）２３を配置し、外部配線基板（外部装置）２３に設けられたファン２３ａで、風路２７ａ上に空気の流れ（風）を強制的に発生させてもよい。検出回路基板７の昇温の抑制効果を高めることができる。
The
第３開口１９ｃ、１９ｄは、筐体後面部９の下部に形成されている。第３開口１９ｃ、１９ｄは、基板収納室１８の後方の下部に設けられている。第３開口１９ｃ（図１（ｂ）参照）は、電池システム１００の側方に向かって開口している。第３開口１９ｄ（図１（ｂ）参照）は、電池システム１００の後方に向かって開口している。第３開口１９ｃ、１９ｄは、保護回路基板１１と略同じか低い高さに配置されている。第３開口１９ｃは、保護回路基板１１より低く配置されている。第３開口１９ｄは、保護回路基板１１と略同じ高さに配置されている。保護回路基板１１で、発熱すると、周囲の空気が暖められて膨張し比重が小さくなるので、上昇流が生じる。この上昇流に沿って、風路２７ｂが形成される。風路２７ｂの上流側は、第３開口１９ｃから外気（空気）が流れ込むことで形成される。風路２７ｂの下流側は、第２開口１９ｂから空気が流れ出ることで形成される。そして、上昇する風路２７ｂが形成され、第３開口１９ｃから外気（空気）が吸い込まれるようになると、第３開口１９ｃから吸い込まれた空気が、第３開口１９ｄから流れ出る流路２７ｂも形成される。空気が入れ替わりながら、保護回路基板１１から熱を奪うことで、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。
The
なお、風路２７ａに対しては、第１開口１９ａと第２開口１９ｂだけでなく、風路２７ａの周囲に配置される筐体上部１０と上下間隔離壁５ａも、前方から後方へ一直線に導くガイドとして機能していると考えることができる。同様に、風路２７ｂに対しては、第３開口１９ｃと第２開口１９ｂだけでなく、風路２７ｂの周囲に配置される筐体後面部９と前後間隔離壁５ｂも、下方から上方へ一直線に導くガイドとして機能していると考えることができる。また、風路２７ａを流れる空気によって、風路２７ｂを流れる空気が風路２７ａに引き寄せられることで、風路２７ｂを流れる空気の流量を増加させている。また、筐体前面部８、筐体後面部９、筐体上部１０は、合成樹脂を成型して形成することができるが、これに限られず、冷却性を向上させるために空冷に加えて熱伝導・放熱を考慮して、アルミニウムや鉄等の金属材料を成型して形成してもよい。また、第１開口１９ａと第２開口１９ｂと第３開口１９ｃ、１９ｄの開口形状と、開口位置は、検出回路基板７と保護回路基板１１で必要と考えられる冷却能力や、外部配線基板（外部装置）２３のファン２３ａから供給される風量や、外気の温度や湿度等に応じて変更すればよい。
For the
電池システム１００は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３を有している。電力接続用端子１２は、電池セル群１Ａを、外部配線基板（外部装置）２３に接続することができる。電力接続用端子１２は、外部配線基板（外部装置）２３の電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと着脱する。
The
通信接続用端子１３は、電圧検出回路２１を、外部配線基板（外部装置）２３に接続することができる。通信接続用端子１３は、外部配線基板（外部装置）２３の通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃと着脱する。
The
電力接続用端子１２の着脱方向と、通信接続用端子１３の着脱方向とが、互いに一致し、それらの着脱方向が、電池システム１００の前後方向と平行（一致）になっている。電力接続用端子１２と通信接続用端子１３は、筐体後面部９、すなわち、電池システム１００の一平面をなす後面上に設けられている。外部配線基板（外部装置）２３の電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃは、外部配線基板（外部装置）２３の一平面をなす正面上に設けられている。これらにより、電池システム１００を、前方から後方へスライドさせるだけで、電力接続用端子１２を、電力接続用端子２３ｂに接続し、通信接続用端子１３を、通信接続用端子２３ｃに接続することができる。逆に、電池システム１００を、後方から前方へスライドさせるだけで、電力接続用端子１２と電力接続用端子２３ｂの接続を切断し、通信接続用端子１３と通信接続用端子２３ｃの接続を切断することができる。
The attachment / detachment direction of the
図５に、図２（ａ）のＢ−Ｂ方向の矢視断面図を示す。図２（ａ）の例では、電池セル１として、ラミネート型電池セルを示している。ラミネート型の電池セル１は、平板形状であり、隣接する電池セル１との間に伝熱板（セル室放熱部）２が挟み込まれている。電池セル１で発生した熱は、伝熱板（セル室放熱部）２を伝導して、伝熱板（セル室放熱部）２の端部に達し、その端部から緩衝部材（セル室放熱部）３に伝導し、緩衝部材（セル室放熱部）３から金属容器５に伝導する。
FIG. 5 shows a cross-sectional view in the direction of arrow BB in FIG. In the example of FIG. 2A, a laminated battery cell is shown as the
また、電池セル１と緩衝部材（セル室放熱部）４の間にも伝熱板（セル室放熱部）２が挟み込まれている。電池セル１で発生した熱は、伝熱板（セル室放熱部）２を伝導して緩衝部材（セル室放熱部）４に達し、緩衝部材（セル室放熱部）４から金属容器蓋部６に伝導する。
In addition, a heat transfer plate (cell chamber heat dissipation portion) 2 is also sandwiched between the
金属容器５と金属容器蓋部６に伝導した熱は、周囲の空気を暖め、放熱路２８が形成される。電池システム１００の前後方向に流れる風路２７ｃを、筐体側面下部５ｃと金属容器蓋部６に対向する電池システム１００の側方に形成することで、暖められる空気を入れ替えることができ、冷却効果を向上させることができる。
The heat conducted to the
また、基板収納室１８内には、検出回路基板７と筐体上部１０の隙間と、検出回路基板７と上下間隔離壁の隙間とに、風路２７ａが形成される。検出回路基板７の周囲に風路２７ａが形成されることで、効率よく検出回路基板７を冷却することができる。
In the
図６に、図２（ｂ）のＣ−Ｃ方向の矢視断面図を示す。第１開口１９ａは、筐体前面部８の上部に形成されている。第１開口１９ａは、基板収納室１８の前方に設けられている。第２開口１９ｂは、筐体後面部９の上部に形成されている。第２開口１９ｂは、基板収納室１８の後方の上部に設けられている。第１開口１９ａと、検出回路基板７と、第２開口１９ｂとは、略同じ高さに配置され、略水平な略一直線上に配置されている。外気（空気）が、第１開口１９ａから入って、第２開口１９ｂから出るように、風路２７ａが形成され、その風路２７ａ上に検出回路基板７が配置されている。空気が入れ替わりながら、検出回路基板７から熱を奪うことで、検出回路基板７の昇温を抑制することができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. The
また、保護回路基板１１の上方には、風路２７ｂが形成される。風路２７ｂの上流側は、第３開口１９ｃ（図４参照）から外気（空気）が流れ込むことで形成される。風路２７ｂの下流側は、第２開口１９ｂから空気が流れ出ることで形成される。空気が入れ替わりながら、保護回路基板１１から熱を奪うことで、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。
Further, an
図７に、図２（ａ）のＡ−Ａ方向の矢視断面図を示す。電池セル群１Ａは、放熱路２８と風路２７ｃを用いて、放熱する。保護回路基板１１は、第３開口１９ｃ（図４参照）から流れ込み第３開口１９ｄから流れ出る風路２７ｂを用いて、放熱する。このように、電池セル群１Ａと、保護回路基板１１は、それぞれ、異なるルートに熱を伝え冷却する冷却手段により、冷却していることがわかる。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The
図８に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００を搭載した統合システム１０１の斜視図を示す。統合システム１０１は、多段（図８の例では７段）の棚を有するラック３１を有している。ラック３１の最上段には、統合制御部３２が収められている。ラック３１の最上段以外の６段には、電池システム１００が収められている。ラック３１の１段毎に、複数（図８の例では４個）の電池システム１００が収められている。ラック３１の後面には、外部配線基板２３が設けられている。
FIG. 8 shows a perspective view of an
図９に、本発明の第１の実施形態に係る電池システム１００を搭載した統合システム１０１の分解斜視図を示す。電池システム１００は、ラック３１に対して、後方に押し込むことによって、装着することができる。また、電池システム１００は、ラック３１に対して、前方に引き出すことによって、脱離させることができる。
FIG. 9 is an exploded perspective view of the
外部配線基板２３には、それぞれの電池システム１００に対応するように、ファン２３ａと、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとが設けられている。電池システム１００をラック３１に装着することで、同時に、電池システム１００の電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２と、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂとを接続し、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３と、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとを接続することができる。電池システム１００をラック３１から脱離させることで、同時に、電池システム１００の電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）１２と、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂとの接続を切断し、通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）１３と、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとの接続を切断することができる。
The
また、外部配線基板２３の通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃと、外部配線基板２３内の配線を介して、それぞれの電池システム１００は、統合制御部３２に接続している。統合制御部３２は、それぞれの電池システム１００に対して、充放電の制御をすることができる。
In addition, each
図１０に、統合システム１０１に搭載された状態に並べられた複数（図１０の例では４個）の電池システム１００の正面図を示す。電池システム１００はそれぞれ、ストッパ２４が、ラック３１の棚に当るまで押し込まれ、ストッパ２４に設けられたネジ孔を用いて、ラック３１の棚にネジ止めされる。
FIG. 10 shows a front view of a plurality (four in the example of FIG. 10) of
また、図２（ｂ）で説明したように、電池システム１００は、正面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしており、電池システム１００の上部の幅Ｗ２は、電池システム１００の中部と下部の幅Ｗ１より大きくなっている。そして、幅が広い電池システム１００の上部には、基板収納室１８（図５参照）が配置され、幅が狭い電池システム１００の中部と下部には、セル群収納室１７（図５参照）が配置されている。これにより、図１０に示すように、電池システム１００の金属容器蓋部６と、隣接する電池システム１００の筐体側面下部５ｃの間には、隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。同様に、電池システム１００の金属容器蓋部６とラック３１の間にも隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。電池システム１００の筐体側面下部５ｃとラック３１の間にも隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。また、第１開口１９ａの正面には、風路２７ａが形成されることになる。
As illustrated in FIG. 2B, the
図１１に、統合システム１０１に搭載された状態に並べられた複数の電池システム１００の前方斜め上方から透視した斜視図を示し、図１２に、同様の複数の電池システム１００の後方斜め上方から透視した斜視図を示す。図１０、図１１と図１２に示すように、風路２７ａに対して、風路２７ｃは、離れており、それぞれ、異なるルートに熱を伝え冷却する冷却（手段）であることがわかる。
FIG. 11 is a perspective view of a plurality of
（第２の実施形態）
図１３に、本発明の第２の実施形態に係る電池システム１００の分解斜視図を示す。第２の実施形態の電池システム１００が、第１の実施形態の電池システム１００と異なっている点は、電池セル１が、ラミネート型電池セルではなく、円筒型電池セルである点である。円筒型電池セルは、外側が金属製の筒に覆われている場合があるので、図１３に示すように伝熱板２を省くことができるが、伝熱板２を用いてもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 13 shows an exploded perspective view of the
１ 電池セル
１Ａ 電池セル群
２ 伝熱板（セル室放熱部）
３、４ 緩衝部材（セル室放熱部）
５ 金属容器
５ａ 上下間隔離壁（容器上面部）
５ｂ 前後間隔離壁（容器後面部）
５ｃ 筐体側面下部（容器側面部）
５ｄ 容器前面部
５ｅ 筐体底面部（容器底面部）
５ｆ 孔
６ 金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）
７ 検出回路基板
８ 筐体前面部
９ 筐体後面部
１０ 筐体上部（上面部と側面上部）
１１ 保護回路基板
１２ 電力接続用端子（主回路コネクタ、第２コネクタ）
１３ 通信接続用端子（通信コネクタ、第１コネクタ）
１４ 絶縁シート
１５ インジケータ
１６ デバッグ用コネクタ
１７ セル群収納室
１８ 基板収納室
１９ 開口（基板室放熱部）
１９ａ 第１開口（基板室放熱部）
１９ｂ 第２開口（基板室放熱部）
１９ｃ、１９ｄ 第３開口（基板室放熱部）
２１ 電圧検出回路
２２ 保護回路
２３ 外部配線基板（外部装置）
２３ａ ファン
２３ｂ 電力接続用端子（主回路コネクタ）
２３ｃ 通信接続用端子（通信コネクタ）
２４ ストッパ
２５ バランシング抵抗
２６ スイッチ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 風路
２８ 放熱路
３１ ラック
３２ 統合制御部
１００ 電池システム
１０１ 統合システム
Ｗ１、Ｗ２ 筐体の幅
DESCRIPTION OF
3, 4 Buffer member (cell chamber heat dissipation part)
5
5b Front / rear isolation wall (rear part of container)
5c Case side lower part (container side part)
5d Container front 5e Case bottom (container bottom)
7
11
13 Communication connection terminal (communication connector, first connector)
14 Insulating
19a 1st opening (substrate room heat radiation part)
19b Second opening (substrate room heat dissipation part)
19c, 19d Third opening (substrate chamber heat dissipation part)
21
23c Communication connection terminal (communication connector)
24
Claims (4)
前記筐体が、隔離壁によって、セル群収納室と基板収納室に分けられ、
前記基板収納室は、前記セル群収納室の上方から後方へ配置され、
前記セル群収納室に、前記電池セル群が配置され、
前記基板収納室に、前記検出回路基板及び前記保護回路基板が配置され、
前記電池セル群に対して、前記検出回路基板は上方に、前記保護回路基板は後方に配置され、
前記セル群収納室には、前記電池セル群で発生した熱を前記セル群収納室の外に放熱するセル室放熱部が設けられ、
前記基板収納室には、前記検出回路基板及び前記保護回路基板で発生した熱を前記基板収納室の外に放熱する基板室放熱部が設けられ、
前記基板室放熱部は、
前記筐体に設けられた開口を有し、
前記開口を介して、前記基板収納室内の空気と外気とを入れ換えることで、前記検出回路基板及び保護回路基板で発生した熱を、前記空気を介して前記基板収納室の外に放熱し、
前記開口は、第１開口と第２開口と第３開口とを有し、
前記第１開口と、前記検出回路基板と、前記第２開口とは、略水平な略一直線上に配置され、
前記第３開口は、前記保護回路基板と略同じか低い高さに配置されていることを特徴とする電池システム。 A battery cell group including a plurality of battery cells, a detection circuit board having a voltage detection circuit for detecting a voltage for each battery cell, and a protection circuit for protecting the battery cell group from a large current exceeding a rating A battery system that houses a protective circuit board in a housing,
The housing is divided into a cell group storage chamber and a substrate storage chamber by an isolation wall,
The substrate storage chamber is disposed rearward from above the cell group storage chamber,
The battery cell group is disposed in the cell group storage chamber,
The detection circuit board and the protection circuit board are arranged in the board storage chamber,
With respect to the battery cell group, the detection circuit board is disposed above, and the protection circuit board is disposed behind,
The cell group storage chamber is provided with a cell chamber heat radiating portion that radiates heat generated in the battery cell group to the outside of the cell group storage chamber.
The substrate storage chamber is provided with a substrate chamber heat radiating portion that radiates heat generated in the detection circuit substrate and the protection circuit substrate to the outside of the substrate storage chamber ,
The substrate chamber heat dissipation part is
Having an opening provided in the housing;
The heat generated in the detection circuit board and the protection circuit board is radiated to the outside of the substrate storage chamber through the air by exchanging the air and the outside air in the substrate storage chamber through the opening.
The opening has a first opening, a second opening, and a third opening;
The first opening, the detection circuit board, and the second opening are arranged on a substantially horizontal straight line,
The battery system according to claim 3, wherein the third opening is disposed at a height substantially the same as or lower than the protection circuit board .
複数の前記電池セルの間に挟まれた伝熱板と、
前記伝熱板と前記筐体とを熱的に接続する緩衝部材とを有し、
前記電池セル群で発生した熱を、前記伝熱板と前記緩衝部材とを介し、前記筐体から前記セル群収納室の外に放熱することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。 The cell chamber heat dissipating part is
A heat transfer plate sandwiched between the plurality of battery cells;
A buffer member that thermally connects the heat transfer plate and the housing;
2. The battery system according to claim 1, wherein heat generated in the battery cell group is radiated from the housing to the outside of the cell group storage chamber through the heat transfer plate and the buffer member.
前記電池セル群を外部装置に接続するための第２コネクタとを有し、
前記第１コネクタの着脱方向と前記第２コネクタの着脱方向とが、前記略一直線の方向と平行になっていることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。 A first connector for connecting the voltage detection circuit to an external device;
A second connector for connecting the battery cell group to an external device;
2. The battery system according to claim 1, wherein an attaching / detaching direction of the first connector and an attaching / detaching direction of the second connector are parallel to the substantially straight line direction.
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